Тема 5. Расчет и конструирование типовых элементов механизмов приборов и установок

1. Общие сведения. Материалы, применяемые в приборостроении. Разъемные соединении: штыковые (байонетные) соединения, зажимы. Соединения для вращательного и поступательного движений.

1.1 Общие сведения

Правильный выбор материалов является одной из важнейших задач при конструировании приборов и механизмов, ибо точность показаний приборов, их вес, нечувствительность к изменению тем­пературы, давления, влажности окружающей среды и т. д. в боль­шой степени зависят от свойств применяемых материалов. Так, например, для уменьшения влияния температуры на чувствительные элементы приборов эти элементы изготовляют либо из специальных сплавов (инвар, элинвар и др.), либо применяют температурные компенсаторы из биметаллов (инвар—латунь, инвар—сталь).

Материал для изготовления деталей выбирается с учетом усло­вий работы деталей, типа производства (массовое, крупносерийное, мелкосерийное или единичное), стоимости материала, технологиче­ского процесса и с учетом марок материалов, применяемых на данном предприятии.

При выборе материалов следует помнить, что цветные металлы и их сплавы дороже черных металлов, что чистота обработанной поверхности зависит как от режимов резания, так и от свойств материала, что коэффициент трения сопряженных деталей также зависит от выбранных материалов, что в массовом и крупносерий­ном производстве дешевле применять изготовление деталей сложной конструкции литьем под давлением из специальных сплавов или из пластмасс (если не требуется повышенных механических свойств), чем механической обработкой на станках и т. п.

В приборостроении широко применяются следующие материалы:

1. Железоуглеродистые сплавы. 2. Медные сплавы. 3. Алюми­ниевые сплавы. 4. Магниевые сплавы. 5. Специальные сплавы. 6. Пластмассы. 7. Камни и стекло.

2. Материалы, применяемые в приборостроении

К материалам, применяемым в приборостроении, относятся стали, цветные металлы и их сплавы, пластмассы, керамика и многие другие. Правильно выбранный материал в значительной мере определяет качество деталей и механизма в целом. Выбор материала детали проводится на основании их физико-механических, химических и технологических свойств и соответствия этих свойств эксплуатационным, технологическим и экономическим требованиям, предъявляемым к деталям.

Эксплуатационные требования, предъявляемые к материалу, определяются условиями работы детали в механизме. Их выполнение определяется свойствами материала, основными из которых являются:

1) прочность- свойство материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению первоначальной формы и размеров. Характеристиками прочности являются: σ_в- предел прочности при растяжении (временное сопротивление); σ_и- предел прочности при изгибе; σ_-1- предел выносливости; НВ (НRC)- твердость по Бринеллю (или Роквеллу);

2. жесткость, характеризуемая величиной модуля упругости Е;

3. упругость, характеризуемая пределом текучести σ_т ;

4) ударная вязкость, показателем которой является величина удельной работы, затрачиваемой на разрушение образца;

5. антифрикционность, характеризуемая коэффициентом трения f ;

5. износостойкость- способность материала сопротивляться износу, характеризуемая твердостью HRB, HRC или допустимым удельным давлением р;

5. коррозионная стойкость;

6. плотность материала;

7. электропроводность, теплопроводность, коэффициент линейного расширения и т. д.

Технологические требования к материалу имеют целью обеспечить минимальную трудоемкость изготовления детали. Для удовлетворения этих требований учитывают следующие свойства материалов:

1. пластичность- свойство материала подвергаться деформированию без разрушения, позволяющее применять при изготовлении детали различные способы обработки давлением;

1. обрабатываемость резанием;

3) легкоплавкость и жидкотекучесть - свойства материала, обеспечивающие получение деталей литьем;

4) термообрабатываемость - способность материала изменять свои свойства при тепловой обработке (закалка, отпуск, отжиг) и термохимической обработке(цементация, азотирование и др.);

5) свариваемость - способность материалов образовывать прочные соединения при сварке.

Экономические требования, предъявляемые к материалам, определяются наименьшей себестоимостью детали, в которую включается себестоимость материала и все производственные затраты на ее изготовление. С учетом этих затрат выбирают тот или иной технологический процесс изготовления детали. Ввиду различных затрат на подготовку производства одни технологические процессы изготовления деталей (штамповка, литье, прессование) экономически выгоднее при массовом и крупносерийном производстве, а при единичном и мелкосерийном - выгоднее применять механически обработанные детали.

Свойства материалов - их химический состав и виды металлоизделий (лист, профили, сталь калиброванная, проволока и др.) регламентируются ГОСТами.